Аппаратура для аэроэлектроразведки МПП

В последние десятилетия в России традиционно развивается аппаратура для наземной электроразведки методом переходных процессов. В США, Канаде и Австралии развитие геофизических технологий пошло путем создания вертолетных аэроэлектроразведочных комплексов: SkyTEM, AeroTEM, VTEM и HELITEM которые обладают глубиной исследований до 500 м и позволяют быстро и качественно выполнять исследования на сотнях и тысячах квадратных километров с целью геологического картирования, поиска рудных месторождений и решения гидрогеологических задач. Среди российских разработок необходимо выделить аэросистему ЭКВАТОР.

Сравнительная характеристика наиболее важных параметров вертолетных аэроэлектроразведочных комплексов приведена в таблице. 1.

Таблица 1.

Сравнительный анализ основных мировых платформ импульсной индуктивной аэроэлектроразведки

Параметр\Модель аппаратуры SkyTEM AeroTEM VTEM HELITEM ЭКВАТОР
Количество витков генераторного контура
Форма импульса




Максимальный ток, А
Максимальный дипольный момент, тыс. м2
Начальное время регистрации мкс, от

1-16
экспоненциальная, прямоугольник.
Два импульса, с большим и малым током
120 А

3, 4, 32, 150, 500, 1000

8, 8, 410

8
триангл




250 А

40, 340, 1000



4
полигональная




310 А

240, 625, 1300

13

2
полусинус




1412 А

2000

175

4
полусинус




141 А

100

5

Почти все производители выпускают линейку платформ, отличающиеся моментом генераторного импульса. Платформы с небольшим моментом генераторного импульса используются для поиска неглубоко (до 50 - 100 м) залегающих рудных тел в условиях высокоомной вмещающей среды.

В настоящее время, наиболее распространенной, является аэроплатформа VTEM канадской фирмы Geotech. С использованием данной аппаратуры выполнено более 2 млн. пог. км. исследований. Разработано три модификации платформы, с дипольным моментом 240, 625 и 1300 тыс. м2*А. Среди модификаций платформ VTEM необходимо отметить VTEMEarly time, которая характеризуется 45 каналами измерения переходного процесса, с начальным временем после выключения тока всего 18 мкс, что позволяет выполнять геологическое картирование всего интервала изучаемого геологическго разреза.

Аэроплатформа SkyTEM выгодно отличается возбуждением двух чередующихся импульсов тока, отличающихся по силе тока примерно в 10 раз, что позволяет изучать ранние времена переходного процесса и качественно выполнять картирование верхней части разреза.
Генераторная система может одновременно работать:
1. При быстром выключении генераторного контура для регистрации начальных стадий переходного процесса с целью близповерхностного картирования c высоким разрешением. Используются импульсы с силой тока около 10 А.
2. С наибольшей силой тока для регистрации поздних процессов становления с целью глубинного картирования (до 500 м). Максимальная сила тока достигает 120 А.

Платформа HELITEM характеризуется огромным дипольным моментом, достигающим 2 000 тыс. м2*А и предназначена, главным образом для глубинных исследований, поскольку начальное время регистрации составляет 175 мкс. Предполагается, что на её смену прейдет аэроплатформа MULTIPULSE, которая использует две формы импульса: полисунус для поиска глубокозалегающих объектов и прямоугольный импульс с небольшой силой тока для картирования неглубокозалегающих (до 50 - 100 м) объектов.

Программа TDEM Geomodel позволяет обрабатывать данные аэроэлектроразведки МПП. При проведении расчетов математически аппаратом полностью учитывается форма генераторного импульса которая может быть произвольной формы (прямоугольный импульс, триангл, разнополярный полусинус, импульс полигональной формы), ширина окна интегрирования электромагнитного сигнала и высота полета над рельефом местности. Пример проведения инверсии аэроэлектроразведочных исследованиях с аппаратурой VTEM приведен здесь.


VTEM

Лидером в области вертолетных аэрогеофизических систем является канадская фирма Geotech (www.geotech.ca), она имеет почти 30-и летний опыт разработки и использования аэроэлектроразведочных платформ.

Наиболее распространенной в мире аэроэлектроразведочной системой является платформа VTEM, работающая на основе метода переходных процессов (МПП). Первая вертолетная платформа VTEM, работающая во временной области была создана в 2002 г. Компания Geotech имеет свои отделения и представительства в Канаде, в Гане, Южной Африке, Австралии, Китае, Мальте и Бразилии. В 2012 г объем аэроэлектроразведочных работ, которые выполнила фирма Geotech достиг 2 млн. пог.км.

Для решения разнообразных геологических задач были созданы три модификации VTEM платформ, различающихся по эффективной глубине исследований: VTEM, VTEM Plus и VTEM MAX (рис.1). Дипольный момент аэроплатформы VTEM составляет 240 000 м2*А, а VTEM MAX достигает 1 300 000 м2*А. Сравнительные технические характеристики модификаций VTEM платформ приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Основные технические характеристики VTEM платформ

Параметр\Модель аппаратуры VTEM VTEM plus VTEM MAX
Площадь генераторного контура, м2
Количество витков
Форма импульса
Максимальный ток, А
Дипольный момент, м2
Частота генераторных импульсов, Гц
Измеряемые компоненты поля
240 м2
4
полигональная
250 А
240000
25/30
только Z
540 м2
4
полигональная
до 310 А
до 625000
25/30
Z, X, Y (опция)
960 м2
4
полигональная

1300000
25/30
Z, X, Y (опция)

аэроэлектроразведочная система VTEM
а
аэроэлектроразведочная система VTEM Plus
б
аэроэлектроразведочная система VTEM MAX
в

Рис.1. Внешний вид модификаций: VTEM (а), VTEM plus (б) и VTEM MAX (в)

Для генерации электромагнитного поля используются полигональные импульсы тока с регистрацией вторичного электромагнитного поля, обусловленного геологической средой, после выключения тока (off-time).

Компания Geotech подчеркивает, что система VTEM plus является одной из наиболее распространенных, легко разбирается и транспортируется в упаковке с максимальной длиной 2.5 м. К 2010 г было выпущено около 30 платформ этой модификации.

В 2008 году по данным VTEM на Северо-Западных территориях Канады были открыты три кимберлитовые трубки (Trio, Sparky, Gemeni). Характерно, что на поздних временах зарегистрирован отрицательный отклик (ВП эффект), что по мнению специалистов Geotech обусловлено наличием проводящего глинистого слоя в апикальной части трубки DO27.

В работе Ed Cunion (2009) приводится сравнение результатов наземной съемки МПП выполненной аппаратурой Protem и ZeroTEM (генераторная петля 100x100 м) с VTEM. Съемка была проведена на 10 известных кимберлитовых трубках кимберлитового поля Kokong (Ботсвана). Согласно полученным результатам, VTEM был также эффективен, как и наземная аэроэлектроразведка, на 9 из 10 изученных кимберлитовых диатремах (рис.2).

сравнение protem, ZeroTEM и VTEM
Рис.2. Сравнение результатов наземной съемки МПП на трубке KN70 (Ботсвана), выполненной с аппаратурой Protem, ZeroTEM (генераторная петля 100x100 м) и аэросъемки VTEM (Cunion, 2009).

SkyTEM

аэроэлектроразведка SkyTEM

Отличительной особенностью платформы SkyTEM является работа с возбуждением двух чередующихся прямоугольных импульсов тока, отличающихся по силе тока примерно в 10 раз. Генераторная система может одновременно работать:

Приемник вертикальной (z) и горизонтальной (x) компонент электромагнитного поля жестко закреплен на одном из концов удлиненной гексагональной рамы.

Используется три модификации аэросистемы: SkyTEM101, SkyTEM304, SkyTEM508, которые отличаются площадью генераторного контура изменяющейся от 341 м2 у SkyTEM301 до 536 м2 у SkyTEM508 и дипольным моментом. Основные характеристики TEM платформ приведены в таблице 3, а внешний вид на рис.3.

Таблица 3.

Основные технические характеристики SkyTEM платформ

SkyTEM301 SkyTEM304 SkyTEM508


Момент генераторного контура, м2
Количество витков
Форма импульса
Максимальный ток, А
Дипольный момент, м2
Частота генераторных импульсов, Гц
Время регистрации, от-до,

Общий вес
малый ток


341
1
экспон
6
2000

325
4.2 - 346 мкс
500 кг
большой ток

341
1
экспон
95
32000

25
44 мкс - 3.525 мс

малый ток


341
1
экспон
9
3000

275
5 - 876 мкс

550 кг
большой ток

341
4
экспон
110
150000

25
70 - 8904 мкс

малый ток


536
1
прямоуг.
7
5000

275
7-874 мкс



большой ток

536
8
прямоуг.
120
500000

25
65 - 13352 мкс
720 кг

аэроэлектроразведочная система VTEM
а
аэроэлектроразведочная система VTEM Plus
б
аэроэлектроразведочная система VTEM MAX
в

Рис.3. Внешний вид модификаций: SkyTEM101 (а), SkyTEM304 (б), SkyTEM508 (в).


HELITEM

Вертолетная платформа HELITEM была создана и эксплуатируется компанией Fugro Airborne Surveys, которая до лета 2013 г входила в состав Fugro Group. В настоящее время компания входит в состав CGG. В России Fugro Airborne Surveys работает совместно с ГНПП “Аэрогеофизика”(http://aerogeo.ru). Основные технические характеристики платформы HELITEM представлены в таблице 4, а её внешний вид на рис.4.

Таблица 4.

Основные технические характеристики HELITEM платформы

Параметр\Модель аппаратуры HELITEM
Площадь генераторного контура, м2
Количество витков
Форма импульса
Максимальный ток, А
Дипольный момент, м2
Частота генераторных импульсов, Гц
Измеряемые компоненты поля
Начальное время регистрации, мкс
708 м2
2
полигональная
1412
2000000
25/30
Z, X, Y
175

аэроэлектроразведка HELITEM

Рис.4. Внешний вид HELITEM платформы.


Для генерации электромагнитного поля используются сигнал, близкий к двуполярному полисинусу. Обращает на себя внимание очень большой максимальный ток генераторного импульса – 1412 А, благодаря которому максимальный дипольный момент достигает 2 000 000 м2*А, что является наибольшим дипольным моментом, который используется при аэроэлектроразведочной съемке.

При геофизической съемке регистрируется все три компоненты электромагнитного поля – X, Y и Z. Измеряется 4 канала во время протекания тока в генераторном контуре и 26 каналов в паузе между импульсами. Начальное время регистрации для on time режима при включении импульса тока составляет 155 мкс и 175 мкс для off time режима после выключения импульса тока, что не позволяет исследовать первые 100 м геологического разреза. 10 сентября 2013 г сотрудниками компании Fugro Airborne Surveys была представлена система MULTIPULSE которая использует две формы импульса: полисунус для поиска глубокозалегающих объектов и прямоугольный импульс с небольшой силой тока для картирования неглубокозалегающих (до 50 - 100 м) объектов. Предполагается, что использование системы MULTIPULSE позволит увеличить разрешение картирования верхней части разреза. До этого времени, только аэроплатформа SkyTEM, с целью увеличения разрешающей способности картирования верхней части разреза, использовала прямоугольный импульс с небольшой силой тока (около 10 А).


ЭКВАТОР

Аэроэлектроразведочный комплекс ЭКВАТОР разрабатывается российской фирмой ЗАО “Геотехнолонии”. Первые полевые работы были выполнены в 2010 году в районе Восточного Саяна и в Архангельской области. В комплексе ЭКВАТОР приемник электромагнитного поля расположен в 40 метрах выше передатчика. В настоящее время существует две модификации генераторной установки с диаметром передатчика 7.5 и 11.5 м. Дипольный момент достигает 100 тыс. А*м2, что достаточно для достижения максимальной глубины исследований 250-300 м в большинстве рудных районов. Большие объемы работ были выполнены ЗАО “Геотехнолонии” с комплексом ЭКВАТОР на территории республики Руанды (Подмогов и др., 2018).

аэроэлектроразведка HELITEM

Рис.5. ЭКВАТОР на работах в Анголе.